凹凸模数控加工及编程论文(正文)

1、广东工商职业学院2017届毕业设计（论文）第一章 前 言数控加工技术及装备是发展高新技术产业和尖端工业的使用技能和最基本的装备。马克思曾经说过“各种经济时代的区别，不在于生产什么，而在于怎样生产，用什么劳动资料生产”制造技术和装备是人类生产活动的最基本的生产资料，而数控技术又是当今先进制造技术和装备的核心技术。当今世界各国制造业广泛采用数控技术，以提高制造能力和水平，提高对动态多变市场的适应能力和竞争能力。此外世界上个工业发达国家还将数控技术及数控装备列为国家的战略物资，不仅采用重大措施来发展自己的数控技术及其产业。虽然我国数控技术的起步相对于工业发达国家比较晚，但是现在已经加大力度发展数控技

2、术，近年来还取得了很大的成绩。大力发展以数控为核心技术的先进制造技术已成为我国加速经济发展，提高综合国力和国家地位的重要途径。1.1数控加工技术（Numerical Control Machining Technology）数控加工是指在数控机床上进行零件加工的一种工艺方法，数控机床加工与传统机床加工的工艺规程从总体上说是一致的，但也发生了明显的变化。用数字信息控制零件和刀具位移的机械加工方法。它是解决零件品种多变、批量小、形状复杂、精度高等问题和实现高效化和自动化加工的有效途径。 1.2数控机床（Numerical Control Machining Tools）数控机床是数字控制机床的简称

3、，是一种装有程序控制系统的自动化机床。数控机床主要有数控装置、伺服驱动/进给装置、测量反馈装置、机床主体、程序的输入输出设备和可编程控制器等几部分组成。该控制系统能够逻辑地处理具有控制编码或其他符号指令规定的程序，并将其译码，用代码化的数字表示，通过信息载体输入数控装置。经运算处理由数控装置发出各种控制信号，控制机床的动作，按图纸要求的形状和尺寸，自动地将零件加工出来。数控机床较好地解决了复杂、精密、小批量、多品种的零件加工问题，是一种柔性的、高效能的自动化机床，代表了现代机床控制技术的发展方向，是一种典型的机电一体化产品。数控机床的特点是加工精度高，具有稳定的加工质量；可进行多坐标的联动，能

4、加工形状复杂的零件；加工零件改变时，一般只需要更改数控程序，可节省生产准备时间；机床本身的精度高、刚性大,可选择有利的加工用量，生产率高（一般为普通机床的35倍）；机床自动化程度高，可以减轻劳动强度；对操作人员的素质要求较高，对维修人员的技术要求更高。1.3加工中心（Machining Center,MC）加工中心机通常由控制系统、伺服系统、检测系统、机械传动系统及其他辅助系统组成的使用于加工复杂形状工件的高效率自动化机床。加工中心机备有刀库，具有自动换刀功能，是对工件一次装夹后进行多工序加工的数控机床。加工中心机是高度几点一体化的机床，工件装夹后，数控系统能控制机床按不同工序自动选择、更换刀

5、具、自动对刀、自动改变主轴转速、进给量等，可连续完成钻、镗、铣、铰、攻丝等多种工序，因而大大减少了工件装夹时间、测量和机床调整等辅助工序时间，对加工形状比较复杂，精度要求较高，品种更换频繁的零件具有良好的经济效果。常用加工中心有以下几大类：立式加工中心、卧式加工中心、龙门加工中心、镗铣加工中心、车铣复合加工中心。加工中心与数控机床的最大区别是加工中心都配置刀库和换刀装置。加工中心配置有容量为几十把甚至上百把刀具的刀库，刀库中放置有加工过程中使用的刀具和测量工具，通过可编程序控制器程序控制，在加工中实现刀具的自动更换和加工要素的自动测量。加工中心的控制器具有控制2轴、3轴或多轴联动的能力，可以完

6、成复杂型面的三维加工，其辅助机能可以保证加工中心在加工过程中实现刀具长度补偿、半径补偿、螺距误差补偿、丝杆间隙补偿、并具有过载保护、故障检测等功能。1.4数控加工程序编制是根据计算出的运动轨迹坐标值和已确定的加工顺序、加工路线、切削参数和辅助动作，以及所使用的数控系统的指令、程序段格式，按数控机床规定使用的功能代码及程序格式，编写加工程序单。数控加工程序编制方法有两种，即手工编程和利用计算机进行自动编程。由于手工编程效率低、精度低、周期长，特别是对于较复杂零件的数控加工，诸如非圆曲线与曲面等零件的加工，手工编程已无法胜任，即使一般简单零件的数控加工，若采用自动编程，也可大大提高编程效率与编程精

7、度，因此自动编程在数控加工中占有越来越重要的位置。第二章 加工中心编程的准备按设计任务书图纸所示零件，进行数控加工中心程序编制的准备。2.1机床状态机床已上电，完成回参考点操作，建立了测量基础准点。各把刀具已经完成对刀，建立了工件坐标系与机床坐标系的联系，使用缺省坐标系G54。2.2刀具状态和切削参数刀库中刀具的安装如表2-1所示。表2-1 刀具情况刀位刀具名称直径mm刀补号转速r/min进给速度mm/min切深mm备注1铣刀盘80D01H01250505外轮廓粗加工3立铣刀20D03H035005010外轮廓精加工5键槽铣刀36D05H053002510型腔粗精加工7中心钻5H0780010

8、02钻中心定位孔9麻花钻头12H0912008030钻孔加工2.3加工中心编程题目按图2-1及图2-2要求编制加工程序，该零件材料牌号为Gr12MoV，名称：凸凹模，寸为200×200×25，并已经过精加工。1.工艺处理加工前用平虎钳夹紧并找平。（1）工步和走刀路线的确定。按刀具确定工步和走刀路线。1）外轮廓加工：先用铣刀盘完成10mm高的台阶的粗加工，六角形周边留余量1mm，再用立铣刀完成台阶精加工。2）型腔粗精加工：完成82×82×10的型腔。3）孔加工：用中心钻钻定位孔，再钻孔。零件的粗精加工通过改变由刀具半径补偿量实现。（2）刀具和切削用量参见表

9、2-1。2.建立工件坐标系，数值计算(1)方案一:工件坐标系如图2-1所示。图2-1 加工中心编程方案一（2）经计算，已知点坐标为：P1(-41,-70), P2(41,-70), P3(81,0), P4(41,70), P5(-41,70), P6(-81,0), P7(-21,-41), P8(21,-41), P9(41,-21), P10(41,21),P11(21,41), P12(-21,41), P13(-41,21), P14(-41,-21)。（1）方案二:工件坐标系如图2-2所示。图2-2 加工中心编程方案二（2）经计算已知点坐标为：P1(59,30),P2(141,30

10、),P3(181,100),P4(141,170),P5(59,170),P6(19,100), P7(79,59), P8(121,59), P9(141,79), P10(141,121),P11(121,141), P12(79,141), P13(59,121), P14(59,79)。第三章 编制加工程序根据上述的两种方案分别进行数控加工中心程序的编制。3.1方案一编程主程序O0001；程序名N01 G54 G90 G17 G00 X0. Y0. Z100.； 建立工件坐标系，绝对坐标编程N02 M06 TO1； 换1号刀N03 M03 S200； 启动主轴转速200r/minN04

11、 G00 X-150. Y-150.； 移至起刀点N05 G43 Z50. H01； 建立刀具长度补偿N06 G00G42Y-70D01； 建立刀具半径补偿N07 Z10.； 刀具端面移至离工件上表面高度10mm处N08 G01 Z-5. F50；下刀至深度5mmN09 M98P0100； 调用子程序粗铣六角形外轮廓N10 G01Z-10F50； 下刀至深度10mmN11 M98 P0100； 调用子程序粗铣六角形外轮廓N12 G49 G00 Z100. M05； 取消刀具长度补偿,主轴停N13 G40 G00 X0 .Y0.； 取消刀具半径补偿N14 M06T03； 换3号刀N15 M03

12、S500； 启动主轴转速500 r/minN16 G00 X-120. Y-120.； 移至起刀点N17 G43 Z10. H03； 建立刀具长度补偿N18 G42 Y-70. D03； 建立刀具半径补偿N19 G01 Z-10. F50； 下刀至深度10mmN20 M98 P0100； 调用子程序精铣六角形外轮廓N21 G49 G00 Z100. M05； 取消刀具长度补偿,主轴停N22 G40 G00 X0. Y0.； 取消刀具半径补偿N23 M06 T05； 换5号刀N24 MO3 S400； 启动主轴转速400 r/minN25 G43 Z10. H05； 建立刀具长度补偿N26 G0

13、0 X0. Y20. Z2.； 移动至粗加工起点（图3-1）N27 G01 Y-20. Z0. F25； 之字形下刀N28 Y20. Z-2.； 之字形下刀至深度2mm图3-1 型腔加工刀具路径N29 Y-20. Z-4.； 之字形下刀至深度4mmN30 Y20. Z-6.； 之字形下刀至深度6mmN31 Y-20. Z-8.； 之字形下刀至深度8mmN32 Y20. Z-10.； 之字形下刀至深度10mmN33 Y-20. Z-10.； 之字形下刀至深度10mmN34 X-20.； 行切加工开始N35 Y20.； 行切加工N36 X20.； 行切加工N37 Y-20.； 行切加工N38 X0

14、.； 行切加工结束N39 G00 G42 X0. Y0. D05； 建立刀具半径补偿N40 G02 X0. Y-41. R20.5 F25； 圆弧进刀，精加工开始N41 G01 X-21.； 精加工型腔直边N42 G02 X-41. Y-21. R20.； 精加工型腔圆弧到P14点N43 G01 Y21.； 精加工型腔直边到P13点N44 G02 X-21. Y41. R20.； 精加工型腔圆弧到P12点N45 G01 X21.； 精加工型腔直边到P11点N46 G02 X41.Y21. R20.； 精加工型腔圆弧到P10点N47 G01 Y-21.； 精加工型腔直边到P9点N48 G02 X

15、21. Y-41. R20； 精加工型腔圆弧到P8点N49 G01 X-21.； 精加工型腔直边到P7点N50 G02 X1. Y1. R20.5； 圆弧退刀，精加工结束N51 G49 G00 Z100.M05； 取消刀具长度补偿,升起刀，主轴停N52 G40 X0. Y0.； 取消刀具半径补偿，移至换刀点N53 M06 T07； 换7号刀N54 M03S800；启动主轴转速800 r/minN55 G00 G43 Z20. H07 建立刀具长度补偿刀具到初始平面N56 X-85. Y-85.； 移至起始点N57 G99 G81 X-85. Y-85. Z-4.R4. F80； 钻下排第一个孔

16、，回R平面N58 X0.； 钻下排第二个孔N59 G98 X85.； 钻下排第三个孔，回初始面N60 G99 G81 X-85. Y85. Z-4. R4 F80； 钻上排第一个孔，G81钻孔循环N61 X0.； 钻上排第二个孔N62 G98 X85.； 钻上排第三个孔，G98回初始面N63 G8O M05； 取消钻孔，主轴停转N64 G49 G00 Z100.； 取消刀具长度补偿N65 GOO X0. Y0.； 移至换刀点N66 M06 T09； 换9号刀N67 M03 S1200； 主轴转动转速1200 r/minN68 G00 G43 Z20. H09； 建立刀具长度补偿，刀具到初始平面

17、N69 G00X -85.Y-85.； 移至起始点N70 G99 G83 X-85. Y-85. Z-27.R4 Q3 F50； 钻下排第一个孔 N71 X0.； 钻下排第二个孔N72 G98 X85.； 钻下排第三个孔G98回初始面N73 G99 G83 X-85. Y85. Z-27. R4. Q3 F50； 钻上排第一个孔N74 X0.； 钻上排第二个孔N75 G98 X85.； 钻上排第三个孔G98回初始面N76 G80 M05； 取消钻孔，主轴停转N77 G49 G00 Z100.； 取消刀具长度补偿N78 G00 X0. Y0.； 移至换刀点N79 M30； 程序复位，返回第一段程

18、序子程序O0100；程序名N01 G01 X41.； 加工六角形外轮廓到P2点N02 X81. Y0.； 加工六角形外轮廓到P3点N03 X41.Y70.； 加工六角形外轮廓到P4点N04 X-41.； 加工六角形外轮廓到P5点N05 X-81. Y0.； 加工六角形外轮廓到P6点N06 X-41. Y-70.； 加工六角形外轮廓到P1点N07 G00 Z10.； 刀具提升到工件表面上方N08 G00 X-150. Y-70.； 移至起刀点N09 M99； 返回主程序3.2方案二编程主程序O0002；程序名N01 G54 G90 G17 G00 X0. Y0. Z100.； 建立工件坐标系绝对

19、坐标编程，安全高度N02 M06 T01； 换1号刀N03 M03 S200； 启动主轴，转速每分钟200转N04 G00 X-50. Y-50.； 移至起刀点N05 G43 Z50. H01； 建立刀具长度补偿N06 G00 G42 Y30. D01； 建立刀具半径补偿N07 Z10.； 刀具端面移至离工件上表面高度10mm处N08 G01 Z-5. F50； 下刀至深度5mmN09 G01 X141.； 粗铣六角形外轮廓到P2点N10 X18. 1Y. 100.； 加工六角形外轮廓到P3点N11 X141. Y170.； 加工六角形外轮廓到P4点N12 X59.； 加工六角形外轮廓到P5点

20、N13 X19. Y100.； 加工六角形外轮廓到P6点N14 X59. Y30.； 加工六角形外轮廓到P1点N15 G00 X-50. Y30.； 移至起刀点N16 G01 Z-10.； 下刀至深度10mmN17 G01 X141.； 粗铣六角形外轮廓到P2点N18 X181. Y100.； 加工六角形外轮廓到P3点N19 X141. Y170.； 加工六角形外轮廓到P4点N20 X59.； 加工六角形外轮廓到P5点N21 X19. Y100.； 加工六角形外轮廓到P6点N22 X59. Y30.； 加工六角形外轮廓到P1点N23 G49 G00 Z100 .M05； 取消刀具长度补偿,主轴

21、停N24 G40 G00 X-50. Y-50.； 取消刀具半径补偿N25 M06 T03； 换3号刀N26 M03 S500； 启动主轴转速500N27 G00 X-20. Y-20.； 移至起刀点N28 G43 Z10. H03； 建立刀具长度补偿N29 G42 Y30. D03； 建立刀具半径补偿N30 G01 Z-10. F50； 下刀至深度10mmN31 G01 X141.； 精铣六角形外轮廓到P2点N32 X181. Y100.； 加工六角形外轮廓到P3点N33 X141. Y170.； 加工六角形外轮廓到P4点N34 X59.； 加工六角形外轮廓到P5点图3-2 型腔加工刀具路径

22、N35 X19. Y100.； 加工六角形外轮廓到P6点N36 X59. Y30.； 加工六角形外轮廓至延长线到P1点N37 G49 G00 Z100. M05； 取消刀具长度补偿,主轴停N38 G40 G00 X-20. Y-20.； 取消刀具半径补偿N39 M06 T05； 换5号刀N40 M03 S400； 启动主轴转速400N41 G43 Z10. H05； 建立刀具长度补偿N42 G00 X100. Y120. Z2.； 移动至粗加工起点（图3-2）N43 G01 Y100. Z0. F25； 之字形下刀N44 Y120. Z-2.； 之字形下刀至深度2mmN45 Y80. Z-4.

23、； 之字形下刀至深度4mmN46 Y120. Z-6.； 之字形下刀至深度6mmN47 Y80. Z-8.； 之字形下刀至深度8mmN48 Y120. Z-10.； 之字形下刀至深度10mmN49 Y80. Z-10.； 之字形下刀至深度10mmN50 X80.； 行切加工开始N51 Y120.； 行切加工N52 X120.； 行切加工N53 Y80.； 行切加工N54 X100.； 行切加工结束N55 G00 G42 X100. Y100. D05； 建立刀具半径补偿N56 G02 X100. Y59.R20.5 F25； 圆弧进刀，精加工开始N57 G01 X79.； 精加工型腔直边到P7

24、点N58 G02 X59. Y79. R20.； 精加工型腔圆弧到P14点N59 G01 Y121.； 精加工型腔直边到P13点N60 G02 X79. Y141. R20.； 精加工型腔圆弧到P12点N61 G01 X121.； 精加工型腔直边到P11点N62 G02 X141. Y121. R20.； 精加工型腔圆弧到P10点N63 G01 Y79.； 精加工型腔直边到P9点N64 G02 X121. Y59. R20.； 精加工型腔圆弧到P8点N65 G01 X79.； 精加工型腔直边到P7点N66 G02 X100. Y100. R20.5； 圆弧退刀，精加工结束N67 G49 G00

25、 Z100. M05； 取消刀具长度补偿,升起刀，主轴停N68 G40 X-20. Y-20.； 取消刀具半径补偿，移至换刀点N69 M06 T07； 换7号刀N70 MO3 S800； 启动主轴转速800N71 G00 G43 Z20. H07； 建立刀具长度补偿刀具到初始平面N72 X15. Y15.； 移至起始点N73 G99 G81 X15. Y15. Z-4. R4. F80； 钻下排第一个孔，G99回R平面N74 X100.； 钻下排第二个孔N75 G98 X185.； 钻下排第三个孔G98回初始平面N76 G99 G81 X15. Y185. Z-4. R4. F80； 钻上排第

26、一个孔，G81钻孔循环N77 X100.； 钻上排第二个孔N78 G98 X185.； 钻上排第三个定位孔，G98回初始面N79 G8O M05； 取消钻孔，主轴停转N80 G49 G00 Z100.； 取消刀具长度补偿N81 GOO X0. Y0.； 移至换刀点N82 M06 T09； 换9号刀N83 M03 S1200； 主轴转动转速1200 r/minN84 G00 G43 Z20. H09； 建立刀具长度补偿，刀具到初始平面N85 G00 X15. Y15.； 移至起始点N86 G99 G83 X15. Y15. Z-27. R4. Q3. F50； 钻下排第一个孔，G8排屑钻孔循环N

27、87 X100.； 钻下排第二个孔N88 G98 X185.； 钻下排第三个孔，G98回初始平面N89 G99 G83 X15. Y185. Z-27. R4. Q3. F50； 钻上排第一个孔，Q为每次钻孔深度N90 X100.； 钻上排第二个孔N91 G98 X185.； 钻上排第三个孔G98回初始面N92 G80 M05； 取消钻孔，主轴停转N93 G49 G00 Z100.； 取消刀具长度补偿N94 G00 X0.Y0.； 移至换刀点N95 M30； 程序复位，返回第一段程序 第四章 论述两种不同编程方案的优劣下面我们对以上两种不同的加工中心编程进行对比分析，看哪一种方法更好。4.1方

28、案一的优点先加工六边形的轮廓在加工内槽和钻孔，这样加工就不会出现明显的毛刺，如果把六边形的轮廓放在最后加工的话，孔和内槽都会出现明显的毛刺，所以方案一采取了先加工六边形的轮廓在加工内槽额钻孔，这样会大大的提高产品的合格率。工件坐标系定在工件的中心，计算各个点的尺寸相对比较容易。采用子程序来加工六边形的轮廓，这样做大大减少了程序的长度，使程序显得没那么复杂，并提高了加工速度从而提高了生产效率。为了保证孔的质量钻孔时必须先钻中心孔，虽然走多了很多步骤，但是为了生产出优质的产品，这点是不能马虎的。4.2方案二的优点方案二的加工工艺过程是跟方案一的一样的，唯一不同的是方案二没有采用子程序来编程，如果在

29、切削深度少的情况下建议使用方案二，但是为了跟方案一比较一下，我方案二采取了不使用子程序，这样的话程序的篇幅大大的增加了，但是优点是不用去记更多的子程序代码如M99M98，这样的编程方法比较适合初学者。方案二的工件坐标定在了工件的左下角，这样编程时就不会出现负号的坐标，编程的时候没那么容易出错。坐标系定在工件的坐下角对刀的时候也比较容易。4.3方案一的缺点方案一加工六边形轮廓的时候深度分了两刀切，这有点快了，切轮廓边的时候更是一刀切，这样刀很容易断掉，所以切削速度一定要慢。编程采用了子程序，对编程的难度会有点提高，如果是初学者有可能会出错。坐标系定在工件的中心，对刀的时候也没有那么方便。4.4方

30、案二的缺点之前提过方案二和方案一的加工工艺过程是一样的，所以方案一出现六边形轮廓切削时有可能会断刀的情况在方案二也会出现。方案二采用的坐标系是定在了工件的左下角，这样的话计算各个点的坐标是复杂了很多，有可能计算错误使得工件加工时报废。方案二没有采用子程序来编程，使程序的篇幅增大了许多，如果六边形的切削深度改为更深的话，那么编程的时候就更加的繁琐，所以要不怕麻烦，掌握好子程序的应用，就不怕遇到切削量大的工件而大大增加程序的篇幅了。4.5结论综合了以上两种加工方案，两种方案都各有优点也有缺点，当加工切削量不大的时候可以采用方案二直接变成不使用子程序；而当加工工件的切削量比较大的时候就采用方案一使用

31、子程序来编程，这样会使程序更加的简单易懂。不管什么时候，子程序的应用还是十分常见的，不能应为懒而不去掌握子程序的使用。当然了，如果工件的切削量不大和不用重复加工一个步骤的话，那就直接编程就行了，也不是说要特意地使用子程序来编程的。但就这次题目的要求来说，我还是会采用方案一，因为方案一能够满足各种要求的同时能够保证产品的质量和生产的效率，生产各种工件的目的都是为了赚钱，能够保证质量的同时提高生产效率，这样的方案才是好的方案。 致 谢非常感谢校领导和老师，给我们创造了一个学习的机会，让我在毕业的最后一段时间里学到了很多知识, 本次的设计是三年来学习过程中涵盖面最广的一次设计，它不仅体现了我们对设计

32、思考，更重要的是对我们三年来所学知识应用到了实践，使我明白了在今后设计过程中的一般步骤和方法，经过这几个月的紧张的毕业设计,使我在理论和动手能力上都有了进一步的提高。此次毕业设计的顺利完成离不开指导老师的大力支持,在这里，我特别要感谢我的指导老师，是他将最新的毕业设计信息通知给我们，并且在自己紧张的工作中，还尽量抽出时间关心我们的设计进度情况，督促我们抓紧学习。在整个设计中，用到了以前所学的知识，最开始李老师就教给了我们遇到问题，如何去分析问题、解决问题的方法，使我们受益非浅，从确定设计题目到现在完成毕业设计论文的过程中，尤其是在课题设计的前期准备工作和设计的过程中，李老师提出了许许多多宝贵的设计意见，在短暂的相处时间里，渊博的知识、敏锐的思路和实事求是的工作作风给我留下了深刻的印象，这也将对我不久的工作，起到很大的鼓动作用，将使得我终身受益，谨此向李老师表达我衷心的感谢和崇高的敬意！ 在此，我还要感谢工程系所有老师，正是因为他们的鼓励和支持，才使我不畏困难，迎难而上，不断地克服一个又一个的困难，直到毕业设计的圆满结束。这次毕业设计不仅仅是我对自己所学的